电荷泵负压产生系统
电荷泵负压电路原理
电荷泵负压电路原理
电荷泵是一种高压电源，能够将低电压昇高到较高电压。
其原理是基
于二极管的整流特性和电容的电荷存储特性。
电荷泵的负压电路可以将负
电压产生在需要的位置上，通常是用于驱动荧光显示、数码管和其他需要
负压供电的电路。
在电荷泵负压电路中，首先通过一个AC信号源产生一个交变电压，
该交变电压经过一个双倍整流器，将正半周和负半周分别整流成直流电压。
接着，这些直流电压通过一串电容和开关电路，实现了电荷的不断积累和
释放，从而让输出电压不断昇高。
这个过程中，开关电路的状态不断地反转，以便将电荷从电容器A移动到电容器B，然后再从电容器B移回到电
容器A。
与其他升压电源相比，电荷泵具有转换效率高、体积小、成本低等优点。
但是，它也存在一些缺点，比如输出电压波动大、带宽受限、输出电
流小等。
因此，在实际应用中需要根据具体需求和实际情况选择合适的电
源方案。
能产生负电压的常见拓扑
能产生负电压的常见拓扑1.引言1.1 概述概述:在很多电子设备和电路中，产生负电压是非常常见的。
负电压的产生对于实现一些特定的功能和电路的操作至关重要。
本文将讨论一些常见的负电压产生方法，并探讨在拓扑电路中如何利用这些方法来实现负电压的生成。
这些负电压产生的方法包括电池供电、反相运算放大器、反相嵌入运放、反向开关等等。
我们将深入研究每种方法的工作原理、优缺点以及其在实际应用中的适用性。
在拓扑电路中产生负电压是电子技术领域的一个重要话题。
负电压的生成为各种电路提供了更多的可能性和灵活性。
例如，在一些放大器电路中，负电压可用于提供更高的增益或改善电路的性能。
此外，负电压还可以用于直流电源的反相输出，以及一些特殊应用领域，如运算放大器、电源管理和信号调理电路等。
通过本文的研究，我们将全面了解各种常见的负电压产生方法以及它们在拓扑电路中的应用。
这将有助于电子工程师在设计和构建电路时选择合适的负电压产生方法，以满足特定的电路需求和性能要求。
此外，本文还将展望拓扑电路中负电压产生的应用前景，并探讨可能的发展方向和创新点。
通过深入研究和理解负电压产生的方法和应用，我们可以不断推动电子技术的发展，并为各个领域的电子设备带来更高的性能和功能。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行介绍常见的能产生负电压的拓扑：2.1 常见的负电压产生方法在本节中，我们将详细介绍一些常见的负电压产生方法。
这些方法包括负电压发生器、反向电压放大器、负电压稳压器等。
我们将对每种方法的原理、应用场景和优缺点进行深入分析和讨论。
2.2 拓扑电路中的负电压产生在本节中，我们将重点关注拓扑电路中的负电压产生。
我们将介绍一些常见的拓扑结构，如反激式变换器、反激式升压器、反激式降压器等，并深入探讨它们如何产生负电压。
我们将详细解释每种拓扑的工作原理、性能特点以及适用领域，帮助读者理解和应用这些拓扑。
3. 结论在本节中，我们将对前两节的内容进行总结。
现在市面上采用负压的线路分析
现在市面上常用负压的线路分析出负压的DC/DC电源用IC。
有升压型(Boost)、降压型(Buck)和升降压3种类型。
常用开关控制方式用二种PFM和PWM。
PWM控制型具有效率高且低纹波、低噪声输出的特点。
PFM控制型即使小负载时也具有高效率的特点。
PWM/PFM切换控制型在小负载时实行PFM控制，重负载时可自动转换到PWM控制（如精工S-8356Q30MC）。
下面列出常用的负压线路分析。
ㄧ、采用专用电源转换IC产生负压National LM2611/美信MAX749/ Linear LT1517和LT3463A。
都是电荷泵的工作原理：利用电容两端电压差不会跳变的特性，当电路保持充、放电状态时，电容两端的电压差将保持恒定。
在这种情况下将原来的高电位端接地，就可得到负电压的输出。
这一类IC输入工作电压范围广：2.4V to 15V。
电源转换效率高。
低功耗：静态电流为90μA。
下面以凌特LT3463分析工作原理参考线路1.当空载时，测量SW2的波形。
A．Vin：3.3V F：1.135MHZ B：Vin：3.6V F：1.323MHZC: Vin：4.0V F：1.393MHZ B：Vin：4.2V F：1.432MHZ2.当负载10mA时，测量SW2的波形。
随着Vin的增加输出稳定在-14.78V+/-0.02V，PWM/PFM都在改变。
波形空隙越来越小。
效率在70%左右A．Vin：3.3V功耗70mA F：810KHZ B：Vin：3.6V功耗60mA F：863KHZC: Vin：4.0V功耗55mA F：936KHZ B：Vin：4.2V功耗50mA F：1.136MHZ3.当负载30mA时，测量SW2的波形。
随着Vin的增加PWM/PFM都在改变，占空系数已经最大。
但输出已经不稳定。
凌特建议用LT3463AEDD。
A．Vin：3.3V功耗120mA F：802KHZ 输出-13.07V B：Vin：3.6V功耗120mA F：863KHZ输出-13.71VC: Vin：4.0V功耗120mA F：919KHZ 输出-14.51V B：Vin：4.2V功耗120mA F：969KHZ输出-14.76V二、采用升压型(Boost)电源转换IC加外围线路产生负压台湾技岭ACT6311/精工S-8356系列/ MPS MP1540和MP1541。
电荷泵设计指南
设计指南Q&A系列: 电荷泵上网时间：2006年05月26日Sam Davis 著电荷泵主要有哪些应用？在过去的十年了，电荷泵得到了广泛运用，从未调整单输出IC到带多输出电压的调整IC。
输出功率和效率也得到了发展，因此现在的电荷泵可以输出高达250mA的电流，效率达到75%(平均值)。
电荷泵大多应用在需要电池的系统，如蜂窝式电话、寻呼机、蓝牙系统和便携式电子设备。
主要应用包括驱动用于手机背光的白光LED和毫瓦范围的数字处理器(如图)。
电荷泵如何工作？电荷泵(开关电容)IC通过利用一个开关网络给两个或两个以上的电容供电或断电来进行DC/DC电压转换。
基本电荷泵开关网络不断在给电容器供电和断电这两个状态之间切换。
C1(充电电容)传输电荷，而C2(充电电容器)则储存电荷并过滤输出电压。
额外的“快速电容”和开关阵列带来多种好处。
电荷泵有哪些工作模式？电荷泵IC可以用作逆变器、分路器或者增压器。
逆变器将输入电压转变成一个负输出。
作为分路器使用时，输出电压是输出电压的一部分，例如1/2或2/3。
作为增压器时，它可以给I/O带来一个1.5X或者2X的增益。
很多便携式系统都是用一个单锂离子电池或者两个金属氢化物镍电池。
因此当在2X模式下运行时，电荷泵可以给一般在3.3V到4.0V的范围内工作的白光LED供应适当的正向电压。
电荷泵的输出电压经过调节吗？基本电荷泵缺少调整电路，因此实际上所有当今使用的电荷泵IC都增加线性调整或者电荷泵调制。
线性调整的输出噪音最低，并可以在更低的效率情况下提供更好的性能。
而由于调整IC没有串联传输晶体管，控制开关电阻的电荷泵调制就可以提供更高的效率，并为一个给定的芯片面积(或消耗)提供更多的输出电流。
电荷泵的主要优势是什么？电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。
但是，仍然有一个可能的微小噪音源，那就是当快速电容和一个输入源或者另外一个带不同电压的电容器相连时，流向它的高充电电流。
负压电荷泵的工作原理
负压电荷泵的工作原理由Dickson 电荷泵理论可以推广得到产生负电压的电荷泵电路，负压电荷泵的工作原理如图1 所示。
其基本原理与Dickson 电荷泵是一致的，但是利用电容两端电压差不会跳变的特性，当电路保持充、放电状态时，电容两端的电压差将保持恒定。
在这种情况下将原来的高电位端接地，就可得到负电压的输出。
该电路实际上是一个由基准、比较、转换和控制电路组成的系统。
具体而言，它由振荡器、反相器及四个模拟开关组成，并外接两个电容C1、C2 从而构成电荷泵电压反转电路。
图1 负压电荷泵的工作原理振荡器输出的脉冲直接控制模拟开关S1 及S2，此脉冲经反相器反相后控制模拟开关S3 及S4。
当模拟开关S1、S2 闭合时，模拟开关S3、S4 断开;模拟开关S3、S4 闭合时，模拟开关S1、S2 断开。
当模拟开关S1、S2 闭合，模拟开关S3、S4 断开时，输入的正电压+UIN 向C1 充电(上正下负)，C1 上的电压为+UIN;当模拟开关S3、S4 闭合，模拟开关S1、S2 断开时，C1 向C2 放电(上正下负)，C2 上充的电压为-UIN，即UOUT=-UIN。
当振荡器以较高的频率不断控制模拟开关S1、S2 及模拟开关S3、S4 的闭合及断开时，在输出端可输出变换后的负电压(电压转换率可达99%左右)。
由如图1 所示的原理图分析可知，当时钟信号为高电平时，模拟开关S1、S2同时导通，S3、S4 同时关断，UIN 对电容C1 进行充电，Ucl+=UIN-Utp-Utn(Utp 为开关S1 的电压降，Utn 为开关S2 的电压降)，Ucl-=Utn;当时钟信号为低电平时，S1、S2 关断，S3、S4 同时导通，C1 上存储的电荷通过S3、S4传送到C2 上，由于C2 高电位端接地，故输出端电压为UOUT=-(UIN-Utp)。
初中物理 负电压输出的产生方法及在系统上的应用
负电压输出电源设计及典型应用方案分析作者：魏峰系统工程部BCD半导体随着电子技术的提高，以及电子产品的发展，一些系统中经常会需要负电压为其供电。
例如，在LCD背光系统中，会使用负电压为其提供门极驱动和偏置电压。
另外，在系统的运算放大器中，也经常会使用正负对称的偏置电压为其供电。
如何产生一个稳定可靠的负电压已成为设计人员面临的关键问题。
BCD公司开发出多款可实现负压输出的芯片，其中AP3012和AP3031是比较常用的两款。
AP3012 和 AP3031 均为电流型控制的PWM芯片，这两款芯片将开关管及反馈网络集成在芯片内部，集成度较高，在一定程度上减少了外围器件、节约了系统成本并节省了使用空间。
此外，AP3031 的带载能力要比AP3012强，这两款芯片不同的带载能力可满足不同的应用场合。
AP3012 实现正负电压输出的典型应用方案基于AP3012 的正负电压方案在4.3~10寸的LCD 显示屏系统中应用相当广泛。
应用电路图如图1所示。
Boost Circuit图1、 AP3012实现正负不对称输出的典型应用方案。
(print)在此应用方案中，AP3012 采用升压电路结构，为15V和-10V 提供稳定的5V的基准电压。
而15V和-10V 是通过几级电荷泵电路的转换来实现。
此方案可以通过调整电荷泵电路的级数来改变输出电压。
结构非常简单而且使用相当灵活。
由于AP3012 的集成度较高（集成了开关管及反馈网络）的特点，减少了系统的外围器件数目，进一步提高了系统的实用性。
所以，AP3012的应用方案为系统的成本和尺寸的控制方面都提供了很大的空间。
AP3031实现负电压输出的典型应用随着系统应用的不断升级，系统所需的供电电流也不断增加，例如，在数据采集等方面的系统应用中，需要为大量的运算放大器提供正负的偏置电压。
这样，就需要有着更大带载能力的电源芯片为其供电。
那么AP3031 就是一个很好的选择。
因为AP3031有着较强的带载能力，所以它被广泛的应用。
电荷泵芯片 负电压
电荷泵芯片负电压1. 引言电荷泵芯片是一种常见的电路元件，用于产生高压或负电压。
其中，负电压是指相对于地或其他参考点而言，产生的电压值为负值。
本文将介绍电荷泵芯片的工作原理、应用领域以及相关技术发展。
2. 工作原理2.1 倍压原理电荷泵芯片通过利用晶体管开关和电容器来实现倍压效果。
典型的电荷泵芯片由两个交替工作的阶段组成：充电阶段和卸载阶段。
在充电阶段，输入信号通过晶体管开关控制，将输入信号与一个或多个串联的电容器连接。
当晶体管导通时，输入信号会使得一个端口上的电容器充满正向电荷。
在卸载阶段，晶体管开关关闭并与另一个端口相连。
这时，另一个端口上的电容器会通过绕过晶体管来释放其储存的能量。
由于串联连接的特性，这一过程会产生更高的输出电压。
2.2 负反馈原理为了产生负电压，电荷泵芯片通常使用负反馈原理。
负反馈通过将一部分输出电压反馈到输入端，以调节输出电压的大小。
在电荷泵芯片中，通过控制晶体管开关的频率和占空比来调节输出电压的大小。
当输出电压偏高时，负反馈机制会减小晶体管开关的占空比，从而降低输出电压。
相反，当输出电压偏低时，负反馈机制会增大占空比以提高输出电压。
3. 应用领域3.1 液晶显示器液晶显示器是一种广泛应用于计算机、手机和电视等设备中的显示技术。
它需要稳定的负极性供电以驱动液晶屏幕。
在液晶显示器中，使用电荷泵芯片可以产生所需的负极性供电。
通过调节晶体管开关频率和占空比，可以实现稳定且可调节的负极性供电。
3.2 高斯加速器高斯加速器是一种用于加速带正或负电荷粒子的装置。
它广泛应用于核物理、医学和材料科学等领域。
在高斯加速器中，电荷泵芯片可以用于产生所需的负电压，以提供加速器所需的高电场。
通过调节晶体管开关频率和占空比，可以实现稳定且可调节的负电压供应。
3.3 光学传感器光学传感器是一种用于检测光强度、位置和运动等参数的装置。
它广泛应用于自动化控制、机器人技术和图像处理等领域。
在光学传感器中，电荷泵芯片可以用于产生所需的负电压，以提供传感器所需的偏置电压。
电荷泵介绍以及工作原理
电荷泵工作原理电荷泵电压反转器是一种DC/DC变换器，它将输入的正电压转换成相应的负电压，即VOUT= -VIN。
另外，它也可以把输出电压转换成近两倍的输入电压，即VOUT≈2VIN。
由于它是利用电容的充电、放电实现电荷转移的原理构成，所以这种电压反转器电路也称为电荷泵变换器（Charge Pump Converter）。
电荷泵的应用电荷泵转换器常用于倍压或反压型DC-DC 转换。
电荷泵电路采用电容作为储能和传递能量的中介，随着半导体工艺的进步，新型电荷泵电路的开关频率可达1MHz。
电荷泵有倍压型和反压型两种基本电路形式。
电荷泵电路主要用于电压反转器，即输入正电压，输出为负电压，电子产品中，往往需要正负电源或几种不同电压供电，对电池供电的便携式产品来说，增加电池数量，必然影响产品的体积及重量。
采用电压反转式电路可以在便携式产品中省去一组电池。
由于工作频率采用2～3MHz，因此电容容量较小，可采用多层陶瓷电容（损耗小、ESR 低），不仅提高效率及降低噪声，并且减小电源的空间。
虽然有一些DC/DC 变换器除可以组成升压、降压电路外也可以组成电压反转电路，但电荷泵电压反转器仅需外接两个电容，电路最简单，尺寸小，并且转换效率高、耗电少，所以它获得了极其广泛的应用。
目前不少集成电路采用单电源工作，简化了电源，但仍有不少电路需要正负电源才能工作。
例如，D/A 变换器电路、A/D 变换器电路、V/F或F/V 变换电路、运算放大器电路、电压比较器电路等等。
自INTERSIL公司开发出ICL7660电压反转器IC后，用它来获得负电源十分简单，90 年代后又开发出带稳压的电压反转电路，使负电源性能更为完善。
对采用电池供电的便携式电子产品来说，采用电荷泵变换器来获得负电源或倍压电源，不仅仅减少电池的数量、减少产品的体积、重量，并且在减少能耗（延长电池寿命）方面起到极大的作用。
现在的电荷泵可以输出高达250mA的电流，效率达到75%(平均值)。
负压信号
负压电荷泵的工作原理由Dickson电荷泵理论可以推广得到产生负电压的电荷泵电路，负压电荷泵的工作原理如图1所示。
其基本原理与Dickson电荷泵是一致的，但是利用电容两端电压差不会跳变的特性，当电路保持充、放电状态时，电容两端的电压差将保持恒定。
在这种情况下将原来的高电位端接地，就可得到负电压的输出。
该电路实际上是一个由基准、比较、转换和控制电路组成的系统。
具体而言，它由振荡器、反相器及四个模拟开关组成，并外接两个电容C1、C2从而构成电荷泵电压反转电路。
图1 负压电荷泵的工作原理振荡器输出的脉冲直接控制模拟开关S1及S2，此脉冲经反相器反相后控制模拟开关S3及S4。
当模拟开关S1、S2闭合时，模拟开关S3、S4断开；模拟开关S3、S4闭合时，模拟开关S1、S2断开。
当模拟开关S1、S2闭合，模拟开关S3、S4断开时，输入的正电压＋UIN向C1充电（上正下负），C1上的电压为＋UIN；当模拟开关S3、S4闭合，模拟开关S1、S2断开时，C1向C2放电（上正下负），C2上充的电压为－UIN，即UOUT＝－UIN。
当振荡器以较高的频率不断控制模拟开关S1、S2及模拟开关S3、S4的闭合及断开时，在输出端可输出变换后的负电压（电压转换率可达99％左右）。
由如图1所示的原理图分析可知，当时钟信号为高电平时，模拟开关S1、S2同时导通，S3、S4同时关断，UIN对电容C1进行充电，Ucl＋＝UIN－Utp－Utn（Utp为开关S1的电压降，Utn为开关S2的电压降），Ucl－＝Utn；当时钟信号为低电平时，S1、S2关断，S3、S4同时导通，C1上存储的电荷通过S3、S4传送到C2上，由于C2高电位端接地，故输出端电压为UOUT＝－（UIN－Utp）。
当考虑负载后，由于负载会从电路中抽取电流IOUT，负载上具有－IOUT［（C＋Csn＋Csp）fosc］大小的压降（Csn、Csp为开关极间电容），输出电压为式中，C1sn、C1sp为模拟开关S1，S2的开关电容；C2sn、C2sp，为模拟开关S3，S4的开关电容。
电荷泵
电荷泵电荷泵:1、定义:也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器).它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。
其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(0.5,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。
这种特别的调制过程可以保证高达80％的效率，而且只需外接陶瓷电容。
由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰)e.g:通过控制内部三极管的gate来控制电容充放电,比如升1.5倍,输出为Vin 加上电容两端的0.5Vin达到Vout=1.5VinDC-DC:直流－直流转换模块2、电荷泵的分类、工作原理及典型应用电路2.1电荷泵分类电荷泵可分为：——开关式调整器升压泵，如图1(a)所示。
——无调整电容式电荷泵，如图1(b)所示。
——可调整电容式电荷泵，如图1(c)所示。
2.2工作过程3种电荷泵的工作过程均为：首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压。
开关式调整器升压泵采用电感器来贮存能量，而电容式电荷泵采用电容器来贮存能量。
电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升，采用电容器来贮存能量。
因工作于较高频率，可使用小型陶瓷电容器(1μF)，占用空间最小，使用成本较低。
电荷泵仅用外部电容器即可提供±2倍的输出电压。
其损耗主要来自电容器的等效串联电阻（ESR)和内部开关晶体管的RDS（ON）。
电荷泵转换器不使用电感器，因此其辐射EMI可以忽略。
输入端噪声可用一只小型电容器滤除。
它的输出电压是工厂生产时精密预置的,可通过后端片上线性调整器调整，因此电荷泵在设计时可按需要增加电荷泵的开关级数，以便为后端调整器提供足够的活动空间。
电荷泵十分适用于便携式应用产品的设计。
电容式电荷泵的内部结构如图2所示。
负压产生
负压的产生
扩展板上的滤波器功能模块需要对双极性信号进行滤波，那么组成滤波器的运放也必须
是双极性供电。
由于负电压使用情况少，即使使用负压，功率也不大，所以大多数电路板上
都不会有专门的负电源。
那么负压如何获取呢？由正电压转换负电压的电路拓扑有好几种，其中电荷泵原理最适
合提供小电流的负电压。
由于电荷泵中没有电感，所以这种类型的开关电源芯片对电路板上
其他元件的干扰也小。
1 电荷泵反压电路原理
电荷泵反压的原理如图 1.4 所示：
1）Q1 和Q3 闭合，飞电容C（flying capacitor）被正电源充上左正右负的电压。
2）Q1 和Q3 断开后，Q2 和Q4 闭合，飞电容C 给滤波电容CF 充上下正上负的电容。
飞电容C 周而复始的扮演着电荷搬运工的角色，CF 就可以稳定的提供反压了，基于类似
的搬运工原理，飞电容 C 如果对两只以上电容充电就可以升压。
想象一下，给你一节1.5V
干电池，两只电容，你能做出一个短暂的3V 电压出来吗？
采用电荷泵方法得到的电源，一般其额定电流都在百毫安以下，过大的负载电流将会使CF压降波动过大，无法当成是恒定电压（电压源）来使用。
2 电荷泵反压转换器
TPS6040x 系列为TI 推出的电荷泵型反压开关电源芯片，该系列的额定电流均为
60mA。
TPS60400/1/2/3 的区别在于外接飞电容C 的大小。
开关频率越高，飞电容C 越小。
这个道理就像“多拉慢跑”和“少拉快跑”的效果是一样的。
如图 1.5 所示，MSPEXP430G2 扩展板上使用的是TPS60400，飞电容值为1μF（标柱105）。
负压电荷泵计算
负压电荷泵计算（原创实用版）目录1.负压电荷泵的概述2.负压电荷泵的工作原理3.负压电荷泵的计算方法4.负压电荷泵的应用领域5.负压电荷泵的发展前景正文【1.负压电荷泵的概述】负压电荷泵，又称负压离子泵，是一种能够在负压条件下工作的离子传输设备。
它可以将负压环境中的正离子转移至正压环境，从而实现对负压环境的调控。
负压电荷泵广泛应用于各种科学研究、工业生产和医疗设备等领域。
【2.负压电荷泵的工作原理】负压电荷泵的工作原理主要基于离子传输和电场驱动。
当负压电荷泵连接到负压环境时，它会在负压环境中产生一个电场。
这个电场可以使负压环境中的正离子向正压环境转移，从而实现对负压环境的调控。
【3.负压电荷泵的计算方法】负压电荷泵的计算方法主要包括以下几个方面：(1) 负压电荷泵的电流计算：电流是负压电荷泵传输离子的重要参数。
通常情况下，负压电荷泵的电流可以通过测量电荷泵的电压和电流来计算。
(2) 负压电荷泵的传输速率计算：传输速率是负压电荷泵的重要性能指标。
通常情况下，负压电荷泵的传输速率可以通过测量离子的数目和时间来计算。
(3) 负压电荷泵的效率计算：效率是负压电荷泵的重要性能指标。
通常情况下，负压电荷泵的效率可以通过测量电荷泵的输入功率和输出功率来计算。
【4.负压电荷泵的应用领域】负压电荷泵广泛应用于各种科学研究、工业生产和医疗设备等领域。
例如，在半导体制造中，负压电荷泵可以用来调节离子浓度；在医疗设备中，负压电荷泵可以用来调节负压环境，从而实现对医疗设备的消毒和清洁。
【5.负压电荷泵的发展前景】随着科技的发展，负压电荷泵在各个领域的应用越来越广泛。
如何产生负电压
少于人们的期望值。利用气体在电极上的氧化-还原反应研制的第一个气敏传感器是由 Wikens 和 Hatman 在 1964 年 报道的。Buck 等人利用气体调制电导和 Dravieks 等人利用气体调制电位研制的气敏传感器在 1965 年也做了报 道,1982 年英国 Warwick 大学的 Persaud 等人提出了利用气敏传感器模拟动物嗅觉系统的结构[1]。气敏传感器是一 种对于某种气体敏感的化学传感器,它能随着外部气体的浓度或者气体的种类的不同而改变敏感膜的电阻。现在的气 体检测中使用的是气敏传感器绘图仪对传感器的电压信号直接绘制,由于绘图仪的动态跟随性差、反应速度慢、缺乏 灵活性、测量精度低等缺点,难以画出高频率高精度的气敏传感器的时间电压曲线。对于气敏传感器的动态测试,绘 图仪根本无法达到要求。本文根据气敏传感器的性质研究开发了利用 RS232 与计算机建立连接的气敏传感器信号采
可取 RSENSE =0.2Ω。
3)
RBASE ：RBASE 应足够小以保证晶体管能处在饱和状态,但 RBASE 太小又降低了转换效率,通常在
160Ω~470Ω 之间取值。
4)
另外,电感 L 的感值在 22~l00mH 之间,通常取 47mH,为提高效率,电感的内阻要小,最好在 300mΩ 以下;
设计高压电荷泵需要较多的开关,用分离元件实现起来就有点困难了,不如用电感来得简单。一般地,1 个三极 管或 MOSFET,1 个比较器或通用运放（做 PWM 振荡）,1 个电感,1 个肖基特二极管和若干阻容元件就可以搞定。如果 你的 MCU 自身带有 PWM 接口,且软件允许的话,就更简单了。
2、反相器提供负压
电荷泵工作原理
电荷泵工作原理
电荷泵是一种电子器件，利用电场或磁场的作用，将电荷从低能级向高能级转移的原理来实现电荷的泵送。
简单来说，电荷泵是通过对电荷进行反复的移动和分离，来提升电荷能级的装置。
电荷泵可以基于不同的原理来实现。
其中一个常见的例子是压电电荷泵，其原理基于压电效应，即在某些晶体中施加压力会发生电荷分离。
在电荷泵中，施加交变电压可以使压电材料发生周期性的膨胀和收缩，从而分离出正负电荷。
另一个常见的电荷泵原理是半导体电荷泵。
在半导体材料中，通过改变材料中的电势能障垒，可以实现电荷的泵送。
这种电荷泵通常利用PN结构，通过不断地改变结中的电压来实现电荷的移动和分离。
电荷泵的工作过程可以简单描述为以下几个步骤：
1. 初始状态下，电荷泵中的电荷处于较低能级状态。
2. 施加电场或磁场的作用，使电荷发生移动和分离。
3. 通过改变电势能障垒或压电效应，将电荷推向更高的能级。
4. 重复以上步骤，不断提升电荷的能级。
电荷泵的工作原理
电荷泵的工作原理电荷泵的工作原理电荷泵电压反转器是一种DC/DC变换器，它将输入的正电压转换成相应的负电压，即VOUT= -VIN。
另外，它也可以把输出电压转换成近两倍的输入电压，即VOUT≈2VIN。
由于它是利用电容的充电、放电实现电荷转移的原理构成，所以这种电压反转器电路也称为电荷泵变换器（Charge Pump Converter）。
电荷泵的应用电荷泵转换器常用于倍压或反压型DC-DC 转换。
电荷泵电路采用电容作为储能和传递能量的中介，随着半导体工艺的进步，新型电荷泵电路的开关频率可达1MHz。
电荷泵有倍压型和反压型两种基本电路形式。
电荷泵电路主要用于电压反转器，即输入正电压，输出为负电压，电子产品中，往往需要正负电源或几种不同电压供电，对电池供电的便携式产品来说，增加电池数量，必然影响产品的体积及重量。
采用电压反转式电路可以在便携式产品中省去一组电池。
由于工作频率采用2～3MHz，因此电容容量较小，可采用多层陶瓷电容（损耗小、ESR 低），不仅提高效率及降低噪声，并且减小电源的空间。
虽然有一些DC/DC 变换器除可以组成升压、降压电路外也可以组成电压反转电路，但电荷泵电压反转器仅需外接两个电容，电路最简单，尺寸小，并且转换效率高、耗电少，所以它获得了极其广泛的应用。
目前不少集成电路采用单电源工作，简化了电源，但仍有不少电路需要正负电源才能工作。
例如，D/A 变换器电路、A/D 变换器电路、V/F或F/V 变换电路、运算放大器电路、电压比较器电路等等。
自INTERSIL公司开发出ICL7660电压反转器IC后，用它来获得负电源十分简单，90 年代后又开发出带稳压的电压反转电路，使负电源性能更为完善。
对采用电池供电的便携式电子产品来说，采用电荷泵变换器来获得负电源或倍压电源，不仅仅减少电池的数量、减少产品的体积、重量，并且在减少能耗（延长电池寿命）方面起到极大的作用。
现在的电荷泵可以输出高达250mA的电流，效率达到75%(平均值)。
负压电荷泵计算
负压电荷泵计算
摘要：
1.负压电荷泵的概念与原理
2.负压电荷泵的计算方法
3.负压电荷泵的应用领域
4.负压电荷泵的发展前景
正文：
一、负压电荷泵的概念与原理
负压电荷泵，又称负压离子泵，是一种能将负压区域中的正离子抽出并排放到正压区域的设备。
它是通过电场力将负压区域内的正离子向正压区域输送，从而达到负压状态的一种装置。
其工作原理主要基于电场力和离子迁移速度的关系，通过调节电场强度和离子迁移速度，实现对负压区域的控制。
二、负压电荷泵的计算方法
1.电场强度的计算
电场强度是负压电荷泵运行的核心参数，其计算公式为：
E = U / d
其中，E 为电场强度，U 为电压，d 为电极间距。
2.离子迁移速度的计算
离子迁移速度受电场强度、离子浓度和离子迁移率等因素影响。
其计算公式为：
v = qE / μ
其中，v 为离子迁移速度，q 为离子电荷量，E 为电场强度，μ为离子迁移率。
3.负压电荷泵的流量计算
负压电荷泵的流量与电场强度、离子迁移速度和电极面积有关。
其计算公式为：
Q = σA / (εL)
其中，Q 为流量，σ为离子浓度，A 为电极面积，ε为介质电容率，L 为电极长度。
三、负压电荷泵的应用领域
负压电荷泵广泛应用于各种需要实现负压环境的领域，如半导体工艺、实验室设备、医药制造等。
通过负压电荷泵的调控，可以实现对负压环境的精确控制，保证相关工艺的顺利进行。
四、负压电荷泵的发展前景
随着科技的不断发展，负压电荷泵在各个领域的应用将越来越广泛。
电荷泵设计原理及在电路中的作用
1、电荷泵原理电荷泵的基本原理是，电容的充电和放电采用不同的连接方式，如并联充电、串联放电，串联充电、并联放电等，实现升压、降压、负压等电压转换功能。
上图为二倍升压电荷示，为最简单的电荷泵电路。
V2输出为方波信号，当V2为低电平的时候，V1通过D1、C1、V2对电容C2充电，C2两端电压上正下负;当V2为高电平输出的时候，V2输出电压与C1两端电压相叠加，通过D3对负载供电并对C2充电。
如果忽略二极管压降，则C2两端电压Vo=V2+V1，其中V2为电压源V2的高电平输出电压。
由于电荷泵整个工作过程的核心部分为电容充放电过程，所以最重要的公式为电容充放电公式：I*T=ΔV*C，其中T为电容充放电周期，ΔV为每个充放电周期内电容两端电压波动，I为充放电电流。
电荷泵以非常简单的电路可以实现升压、降压、负压等功能，所以各种不同的场合为电路扩展小功率电路。
2、电荷泵在电路中的作用1.功率电路中的电荷泵电荷泵的一个非常广泛的用途就是在由N沟道MOSFET构成的半桥电路中为上桥臂提供浮驱电压。
典型接法如下图所示，图中红框内的二极管D及电容Cboot与主电路中半桥的下桥臂T1构成电荷泵。
当半桥的下臂T1开通时，Vcc 通过D与T1为电容Cboot充电;当T1关断T2导通时，Cboot为上臂T2提供MOSFET导通所必需的Vgs电压。
这是由于T2在电路中的位置所决定的，当T2导通时，如果忽略导通压降Vds，T2的源极电压Vs=Vr，所以如果想要饱和导通，加上T2门极上的驱动电压需满足Vg=Vr+Vgs，对于功率型N沟道MOSFET而言，Vgs通常需要15V左右。
电荷泵以很少的元器件满足了这一设计要求，所以在此类应用中得到广泛应用。
虽然上图中所述的自举型电荷泵（采用半桥的下臂作为电荷泵的一部分）使电路设计变得非常简单，但实际使用过程中有些限制，如对桥臂的开通时序和占空比有限制等。
所以，在某些要求比较高的应用场合，采用他驱型的电荷泵，即将电荷泵电路及驱动波形与主功率电路分离，采用外部电路构成电荷泵。
电荷泵（chargepump）原理
电荷泵（chargepump）原理
电荷泵的基本原理
电荷泵的基本原理是给电容充电，把电容从充电电路取下以隔离充进的电荷，然后连接到另一个电路上，传递刚才隔离的电荷。
我们形象地把这个传递电荷的电容看成是“装了电子的水桶”。
从一个大水箱把这个桶接满，关闭龙头，然后把桶里的水倒进一个大水箱[8]。
电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”或“泵送”电容，而非电感或变压器来储能的DC-DC变换器（直流变换器）。
它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。
其内部的MOSFET开关阵列以一定的方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(1/2,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。
电荷泵的电压变换在两个阶段内实现。
在第一个阶段，开关S1和S2关闭，而开关S3和S4打开，电容C1充电到输入电压：
在第二阶段，开关S3和S4关闭，而S1和S2打开。
因为电容C1两端的电压降不能立即改变，输出电压跳变为输入电压的两倍。
电荷泵解决方案在应用中也有缺点，其主要缺点是：
只能提供有限的输出电压范围，绝大多数电荷泵的转换比率最多只能达到输入电压的2倍，这表示输出电压不可能高于输入电压的2倍。
典型的电平转换电路MAXx2xx系列芯片因单电源+5V供电，均有电荷泵电平转换器产生±10V电源，以供RS232电平所需。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
负电压是相对而言的，负电压是相对于参考地而言的，正电压普遍存在，因为日常生活中所说的电压都是正电压，负电压接触的范围比较少，但负电压是一些器件，如运放，T-CON的供电, 通讯接口需要。
等均需要负电压，此时就需要一个将正电压转换为负电压电路，本文所说的电话使用电荷泵原理将正电压转换负电压，此电路简单，实用，成本低。
本文最开始将介绍电荷泵产生负压基本拓扑，再接着在此基础上不同的连接的方式形成倍负压，最后形成一个系统；在此过程中本文将详细分析过程，最后使用PSpice进行电路仿真进行结果验
证。
容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC（变换器）
种利用所谓的“快速”（flying）或“泵送”电容。
电荷泵原理：电荷泵的基本原理是，。
C1的右边被二极管D1钳位至一
此时C1的右边为负电
-二极管D1的管压降-二极管
最终稳定在-3.9V左右
电路分析过程较基本拓扑比较类似，省略
如图为各时间段波形情况：
此拓扑特点为：后级电容两端电压会越来越大，电容耐压要求较高，但此拓扑电路纹波较小
Pspice仿真原理图
仿真波形：
拓扑二：
分析过程不在叙说，此拓扑是在基础拓扑上变化而来的，此拓扑特点：每个电容上的电压不会超过PWM电压U的两倍，即2U，所以可以选用耐压较低的电容。
缺点是电容是串联放电，纹波大。
Pspice仿真原理图
仿真波形
拓跋三：
拓扑三是在拓扑二的基础上改进，此电路纹波小，但电路复杂，成本高以上三种拓扑为基本拓扑的一次倍压，多次将基本拓扑串并联可得到更高的负电压。
仿真原理图：
仿真波形：
三．PWM信号产生
PWM信号产生电路各种各样，本文档是使用NE555震荡器构成多谐振荡器。
NE555只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。
其输出端的供给电流大，可直接
推动多种自动控制的负载。
Pin脚图
本文档是使用NE555形成占空比50%
电路如图所示
回路进行充电，当电压充至，输出跳转成低电平；当输出低电平时，NE555C2上电压降低至，输出将会跳转至高电平，
充电过程：
放电过程：
，上升时间与下降时间相等，输出方波占空比相等。